Що таке концентрація розчину?
Розчин — це однорідна суміш: розчинена речовина (сіль) розчинена молекула за молекулою в розчиннику (вода). Концентрація відповідає на єдине питання, що тоді має хімічне значення — наскільки він щільний? — бо реакції відбуваються частинка до частинки, а щільний розчин реагує з іншою швидкістю, ніж розріджений. Кожна одиниця концентрації, яку коли-небудь вигадали, — просто дріб: щось на щось. Уважно читайте два «щось», і жодна одиниця вас не здивує.
Одне правило, яке варто запам'ятати: перевіряйте чисельник і знаменник. Моль на літр розчину (M) і моль на кілограм розчинника (m) відрізняються більш ніж однією літерою — знаменники вимірюють різні речі.
Молярність, моляльність, нормальність: три знаменники
Молярність (M) — це моль розчиненої речовини на літр розчину — робоча конячка лабораторії, бо піпетки та мірні колби вимірюють об'єм. Її слабкість: об'єм розширюється з температурою, тож 1,0000 M за 20 °C — це не 1,0000 M за 40 °C. Моляльність (m) ділить на кілограми розчинника, які нагрівання не змінює, — саме тому колігативні розрахунки (зниження температури замерзання, підвищення температури кипіння) наполягають на ній. Нормальність (N) рахує еквіваленти на літр замість молів: один моль H2SO4 дає два кислотні еквіваленти, тож 0,5 M H2SO4 — це 1 N; поле еквівалентів панелі (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) саме це перетворення і робить. Щоб приготувати 1 л 0,1 M NaCl: зважте 5,844 г, розчиніть у менш ніж літрі, а потім доведіть рівно до 1,000 л у мірній колбі — важить кінцевий об'єм, а не доданої води.
Розведення: кількість молів, з якою ви починаєте, — та сама, яку ви зберігаєте
Розведення додає розчинник, але ніколи не розчинену речовину, тож моль зберігаються: C1V1 = C2V2 — це не що інше, як «моль до = моль після» з виділеним об'ємом. Зразок панелі розведення: 10 M розчин-сток, взято 50 мл, розведено до 250 мл — п'ятикратне збільшення об'єму зменшує концентрацію рівно в п'ять разів, C2 = 2,0000 M з коефіцієнтом розведення 5,0×. Той самий облік, виконаний у зворотному напрямку, показує, скільки стоку виміряти для цільової концентрації — щоденний хліб приготування буферів.
Відсотки і ppm: концентрація для повсякденного вжитку
Відсоткові розчини — це частки на сотню у трьох різновидах, які ніколи не можна плутати: м/о (грами твердої речовини на 100 мл розчину — типово в біологічних лабораторіях), о/о (мл на 100 мл, для рідини в рідині, як етанол), і м/м (грами на 100 г, не залежить від стиснення об'єму). Зразок відсоткової панелі: 5 г розчинено до 100 мл — це 5% (м/о) = 50 г/л. Для дуже розведених водних розчинів на перше місце виходить ppm — для води визначений як мг/л, бо літр розведеного розчину важить практично кілограм. Панель ppm переводить один зразок в усі одиниці: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 мг/л.
Міст через молярну масу
Концентрації задають у молях, але ваги та флакони говорять грамами, і переклад між ними — молярна маса. NaCl важить 58,440 г/моль (панель обчислює її з тих самих атомних мас, що й сторінка Молярна маса), тож розчинення 58,440 г і доведення до рівно 1 л дає 1,0000 M — це весь рецепт стандартного розчину. Панель молярності приймає або формулу (масу обчислює вбудований парсер), або просту масу, а потім одночасно показує моль, молярність, нормальність або ppm.
Поширені хибні уявлення
- M і m — одна й та сама одиниця. Літр розчину проти кілограма розчинника: для розведеної води за кімнатної температури вони майже збігаються, саме тому панель позначає вихід моляльності як наближений.
- Ppm означає одне й те саме скрізь. mg/L — це скорочення, придатне лише для води. У газових сумішах і твердих тілах ppm — строго відношення маса/маса (або моль/моль).
- Розведення змінює кількість розчиненої речовини. Лише концентрацію. Зразок: 50 мл 10 M розчину-стоку і 250 мл 2 M продукту містять однакові 0,50 моль.
- Об'єми адитивні. 50 мл етанолу + 50 мл води дають близько 97 мл — під час змішування об'єм зменшується. Саме тому відсотки о/о вказують “довести до об'єму”, а не “додати”.
Пов'язані інструменти: Молярна маса (перекладач грамів↔молів), Балансувальник рівнянь (стехіометрія цих молів) і Кислота-основа (де концентрації стають pH).
